1 000 MW燃煤机组SCR超低排放关键参数性能评估与分析

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.20030

1 000 MW燃煤机组SCR超低排放关键参数性能评估与分析

冯前伟¹, 朱仁涵², 徐思达¹, 刘博¹, 张杨¹, 王丰吉¹, 朱跃¹

1.华电电力科学研究院有限公司, 浙江省杭州市 310030

2.中国华电集团有限公司福建分公司, 福建省福州市 350512

Performance Evaluation and Analysis of Key Parameters of SCR Ultra-low Emission for 1 000 MW Coal-fired Unit

FENG Qianwei¹, ZHU Renhan², XU Sida¹, LIU Bo¹, ZHANG Yang¹, WANG Fengji¹, ZHU Yue¹

1.Huadian Electric Power Research Institute Co. , Ltd. , Hangzhou 310030, Zhejiang Province, China

2.Fujian Branch of China Huadian Corporation Ltd. , Fuzhou 350512, Fujian Province, China

收稿日期: 2021-06-08

基金资助:

国家重点研发计划项目. 2017YFB0603201-03

Received: 2021-06-08

作者简介 About authors

冯前伟(1985)，男，硕士，高级工程师，主要从事电厂环保设计研究和技术服务工作，fqw0528@sina.com；

朱仁涵(1977)，男，高级工程师，主要从事火电厂烟气污染物治理等环境保护技术管理工作，44411345@qq.com；

徐思达(1993)，男，硕士，主要从事电厂环保技术服务工作，sida-xu@chder.com；

刘博(1988)，男，硕士，主要从事电厂环保技术服务工作，bo-liu@chder.com；

张杨(1985)，男，博士，高级工程师，主要从事火电厂环境保护方面的技术研究和技术服务工作，yang-zhang@chder.com；

王丰吉(1980)，男，高级工程师，主要从事火电厂环保设施技术研发及管理工作，fengji-wang@chder.com；

朱跃(1962)，男，硕士，教授级高级工程师，长期从事锅炉清洁燃烧与燃煤烟气污染治理方面的技术研发和工程化应用设计工作，yue-zhu@chder.com。

摘要

1 000 MW燃煤机组作为国内先进机组排头兵，对其脱硝装置超低排放改造后的关键参数进行性能评估与分析，可以为燃煤机组超低排放形势下选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)烟气脱硝装置的稳定安全运行提供借鉴及指导。以已实现脱硝超低排放的某1 000 MW燃煤机组SCR脱硝装置为例，研究了该脱硝装置的脱硝效率，入口、出口NO _x 浓度分布，以及氨逃逸浓度等关键运行参数，分析了此台机组脱硝装置的主要性能。试验结果表明：该SCR脱硝装置超低排放改造后整体性能良好，但流场均匀性差、氨逃逸浓度超标等问题仍然存在，应该加强低氮燃烧调整，开展喷氨优化、流场均匀性试验及催化剂全寿命管理等工作。

关键词： 1 000 MW燃煤机组 ; 选择性催化还原(SCR) ; 超低排放 ; 性能评估

Abstract

1 000 MW coal-fired unit, as one of the best domestic advanced units, the performance evaluation and analysis of the key parameters of its denitrification unit after the ultra-low emission reformation can provide reference and guidance for stable and safe operation of selective catalytic reduction (SCR) flue gas denitrification unit under ultra-low emission of coal-fired units. Taking the SCR denitrification unit of a 1 000 MW coal-fired unit that had achieved ultra-low denitrification emission as an example, the key operating parameters of the SCR denitrification unit were studied, such as denitrification efficiency, NO _x concentration distribution at the inlet and outlet, ammonia escape, etc., the main performance of the denitrification unit was analyzed. The test results show that the overall performance of the SCR denitrification unit is good after the ultra-low emission transformation, but the problems of poor flow field uniformity and excessive ammonia escape still exist. Therefore, the adjustment of low nitrogen combustion, the optimization of ammonia injection, the uniformity test of flow field and the life-cycle management of catalyst should be strengthened.

Keywords： 1 000 MW coal-fired unit ; selective catalytic reduction (SCR) ; ultra-low emission ; performance evaluation

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本文引用格式

冯前伟, 朱仁涵, 徐思达, 刘博, 张杨, 王丰吉, 朱跃. 1 000 MW燃煤机组SCR超低排放关键参数性能评估与分析. 发电技术[J], 2022, 43(1): 168-174 DOI:10.12096/j.2096-4528.pgt.20030

FENG Qianwei, ZHU Renhan, XU Sida, LIU Bo, ZHANG Yang, WANG Fengji, ZHU Yue. Performance Evaluation and Analysis of Key Parameters of SCR Ultra-low Emission for 1 000 MW Coal-fired Unit. Power Generation Technology[J], 2022, 43(1): 168-174 DOI:10.12096/j.2096-4528.pgt.20030

0 引言

为响应三部委提出的《煤电节能减排升级与改造行动计划》(2014—2020年)^[1]，国内燃煤电厂纷纷开展超低排放改造工作^[2-5]。选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)作为我国燃煤电厂烟气脱硝主流工艺，在本次脱硝超低排放改造技术中仍占据绝对主导地位^[6-8]。超低排放改造后更低的排放限值势必会对运行调控的要求更高，同时氨逃逸引起的下游装置(如空预器)硫酸氢铵堵塞和催化剂失活等问题也将越发突出，对机组安全稳定运行造成不利影响。而1 000 MW燃煤机组作为国内先进机组排头兵，对其脱硝装置超低排放改造后的关键参数进行性能评估与分析，有利于掌握此类机组脱硝装置实际性能，同时通过评估分析其超低排放改造后暴露的问题，也有助于剖析问题产生的根源。

为此，以已实现脱硝超低排放的某1 000 MW燃煤机组SCR脱硝装置为例，对该脱硝装置不同负荷工况下的关键运行参数进行分析研究，针对存在的问题，提出相应的解决措施，以期为燃煤机组超低排放新形势下实际运行调整提供指导和借鉴。

1 脱硝装置概况

针对超低排放改造后的某1 000 MW燃煤机组SCR脱硝装置，选取最有代表性的3种负荷，即高负荷(100%负荷)、中负荷(75%负荷)和低负荷(50%负荷)，分别在SCR反应器入口、出口烟道预留性能测试点位置，采用网格法，参照相关标准^[9-12]进行性能测试和评估。每种负荷条件下性能测试的主要参数包括SCR入口、出口NO _x 质量浓度，以及脱硝效率、氨逃逸浓度等。表1为某1 000 MW燃煤机组脱硝系统主要设计参数。图1为脱硝装置性能试验测试位置。

表1 某1 000 MW燃煤机组脱硝系统主要设计参数

Tab. 1 Main design parameters of denitrification system for a 1 000 MW coal-fired unit

设计参数	数值
机组容量/MW	1 000
脱硝装置入口NO _x 质量浓度/(mg·m^-3)	400
脱硝装置出口NO _x 质量浓度/(mg·m^-3)	≤50
脱硝效率/%	≥87.5
氨逃逸质量浓度/(mg·m^-3)	≤2.28
飞灰质量浓度/(g·m^-3)	50
脱硝装置单反应器入口烟道截面/(m×m)	4.6×14.804

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图1

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图1 脱硝装置性能试验测试位置

Fig. 1 Test positions for performance test of denitrification unit

2 性能试验评估及分析

2.1 脱硝效率

3种负荷工况下脱硝装置超低排放改造后的入口、出口NO _x 质量浓度及其脱硝效率实测值与原设计值如表2所示。由表2可以看出，超低排放改造后，脱硝装置在不同负荷工况下的实际脱硝效率相比于原设计值有较明显的提升，表明脱硝装置超低排放改造后脱硝效果良好；机组在中、低负荷条件下脱硝入口NO _x 质量浓度明显增大，且反应器A、B侧脱硝效率和出口NO _x 质量浓度偏差呈增大趋势，表明脱硝装置反应器A、B侧脱硝效率及NO _x 质量浓度受机组负荷波动影响较大。因此需要优化燃烧调整，保持合理负荷波动，将NO _x 质量浓度尽量控制在原设计值内。

表2 入口、出口NO _x 质量浓度及其脱硝效率测试结果

Tab. 2 Test results of NO _x concentration at inlet and outlet and its denitrification efficiency

参数	负荷工况			原设计值
参数	高	中	低	原设计值
A侧入口NO _x 质量浓度/(mg·m^-3)	401	602	589	400
B侧入口NO _x 质量浓度/(mg·m^-3)	377	590	551	400
A侧出口NO _x 质量浓度/(mg·m^-3)	40	39	50	50
B侧出口NO _x 质量浓度/(mg·m^-3)	43	36	43	50
A侧脱硝效率/%	89.99	93.50	91.57	87.50
B侧脱硝效率/%	88.63	93.92	92.24	87.50
平均脱硝效率/%	89.32	93.71	91.89	87.50

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2.2 SCR入口NO _x 浓度分布

高、中、低负荷工况下SCR入口NO _x 质量浓度分布分别如图2—4所示，SCR入口NO _x 质量浓度分布相对标准偏差如表3所示。由图2—4可以看出，不同负荷工况下SCR入口NO _x 质量浓度分布变化不大。由表3可以看出，低负荷工况下SCR入口NO _x 质量浓度分布相对标准偏差稍大，但整体上各负荷工况下SCR入口NO _x 质量浓度分布相对标准偏差基本能够控制在6%以内，且SCR反应器A、B两侧之间偏差也不大。这表明脱硝装置入口NO _x 质量浓度分布较均匀，入口浓度场不是影响脱硝装置整体流场的关键因素，建议电厂在日常运行时把重点放在控制入口浓度值上，把入口浓度分布放在其次。

图2

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图2 高负荷工况下SCR入口NO _x 质量浓度分布

Fig. 2 NO _x concentration distribution at inlet of SCR under high load condition

表3 SCR入口NO _x 质量浓度分布相对标准偏差

Tab. 3 Relative standard deviation of NO _x concentration distribution at inlet of SCR

位置	相对标准偏差/%
位置	高负荷	中负荷	低负荷
A侧	3.5	2.5	5.4
B侧	1.7	1.8	5.0

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图3

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图3 中负荷工况下SCR入口NO _x 质量浓度分布

Fig. 3 NO _x concentration distribution at inlet of SCR under medium load condition

图4

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图4 低负荷工况下SCR入口NO _x 质量浓度分布

Fig. 4 NO _x concentration distribution at inlet of SCR under low load condition

2.3 SCR出口NO _x 浓度分布

高、中、低负荷工况下SCR出口NO _x 质量浓度分布分别如图5—7所示，SCR出口NO _x 质量浓度分布相对标准偏差如表4所示。与SCR入口NO _x 质量浓度分布情况相反，由图5—7及表4可见，不同负荷工况下SCR出口NO _x 质量浓度分布变化情况各不相同，其中：高负荷工况下不均匀程度最高，SCR出口A、B两侧的NO _x 质量浓度分布相对标准偏差都在50%以上；中负荷工况次之，其NO _x 质量浓度分布相对标准偏差都在30%以上，但同时该工况下A、B两侧之间的相对标准偏差最大，达到30.5%；低负荷工况下偏差相对而言最小，但是其A、B两侧之间的相对标准偏差也达到了22.6%。这些结果表明脱硝装置出口NO _x 质量浓度分布很不均匀，分析其原因，一方面是超低排放后排放值更低，对运行调控要求更高，调整难度更大，容易造成喷氨不均；另一方面则是前期超低排放改造过程中未有效开展脱硝装置流场改造或改造措施有限。为此，需要提高认识，提升运行调控水平，加强喷氨优化调整，必要时根据机组自身实际情况开展精准喷氨或智能喷氨改造工作^[13-16]。

图5

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图5 高负荷工况SCR出口NO _x 质量浓度分布

Fig. 5 NO _x concentration distribution at outlet of SCR under high load condition

图6

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图6 中负荷工况SCR出口NO _x 质量浓度分布

Fig. 6 NO _x concentration distribution at outlet of SCR under medium load condition

图7

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图7 低负荷工况SCR出口NO _x 质量浓度分布

Fig. 7 NO _x concentration distribution at outlet of SCR under low load condition

表4 SCR出口NO _x 质量浓度分布相对标准偏差

Tab. 4 Relative standard deviation of NO _x concentration distribution at outlet of SCR

位置	相对标准偏差/%
位置	高负荷	中负荷	低负荷
A侧	62.2	69.0	57.6
B侧	52.2	38.5	35.0

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2.4 氨逃逸

SCR反应器出口氨逃逸浓度如表5所示，可以看出，在高负荷和中负荷工况下，SCR反应器出口A、B两侧NH₃质量浓度均超出脱硝装置原设计值(2.28 mg/m³)。结合上述分析可以看出，脱硝效率要求越高、浓度场均匀性越差时，氨逃逸浓度超标情况越明显。这主要是因为机组调峰引起的负荷多变导致NO _x 浓度波动大，同时超低排放改造后对流场均匀性更高的要求也容易引起氨逃逸浓度超标，此外，氨逃逸浓度在线表计监测不准、催化剂寿命管理不合理等问题也会给氨逃逸控制增加难度。为此，一方面要注意加强低氮燃烧优化调整工作，另一方面定期开展喷氨优化试验^[17-18]工作仍十分必要，同时还应关注催化剂全寿命管理^[19]，定期对运行中催化剂检测进行评估^[20-21]。

表5 SCR反应器出口氨逃逸浓度 (mg·m^-3)

Tab. 5 Ammonia escape concentration atoutlet of SCR reactor

条件	A侧出口		B侧出口
条件	NH₃质量浓度	NH₃质量浓度平均值	NH₃质量浓度	NH₃质量浓度平均值
高负荷	2.54	4.73	2.83	3.16
	3.86		3.47
	7.81		3.17
中负荷	3.23	4.21	2.42	3.05
	3.31		3.30
	6.09		3.44

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3 结论

通过对已完成超低排放改造的某1 000 MW燃煤机组开展SCR脱硝装置性能测试，分析研究了该脱硝装置不同负荷工况下的脱硝效率，入口、出口NO _x 浓度分布，以及氨逃逸浓度等关键运行参数，试验结果表明：该机组SCR脱硝装置整体性能良好，但流场均匀性差、氨逃逸浓度超标等问题仍然存在。针对这些问题，相应的解决措施主要有：

1）运行人员应加强锅炉燃烧调控水平，优化锅炉运行及低氮燃烧调整，将氮氧化物生成浓度控制在原设计值以下水平，必要时可以考虑低氮燃烧优化改造或SNCR-SCR联用工艺。

2）优化氨喷射系统，定期或不定期开展喷氨优化及流场均匀性试验，对脱硝装置开展现场冷态流场摸底试验与数值模拟相结合工作，必要时根据机组自身实际情况开展精准喷氨或智能喷氨改造工作。

3）重视催化剂全寿命管理工作，定期对运行中催化剂进行检测评估。

4）加强脱硝设备及仪表维护力度，提高运行维护管理水平。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

中华人民共和国国家发展和改革委员会．

关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》的通知(发改能源

[2014]2093号)[EB/OL]．(2014-09-19)[2021-03-06]．‍ 2. doi:10.11648/j.ijepe.20140302.12